汉德保(HDB)无刷电机在船载卫星天线上的应用

2018-11-02 08:35  | 打印 | 返回
  为了实现船只在海上航行时卫星天线平台的稳定工作,需要电机不停地驱动抛物面天线的支架,使得天线快速、准确地对准卫星并且指向始终保持稳定。天线系统主要由、天线组、GPS 定位系统、航向角传感器、角度编码器和角速率传感器(即陀螺仪)等组成。根据系统工作原理,以一个自由度为例,通过角度环和角速度环的双闭环动态设计实现系统;最后,利用MATLAB 语言进行仿真实验。结果系统的超调量和跟随性能良好,能满足设计要求。在实际应用中,可以扩展到三个自由度,用于在船舶以及其他外界波动较大的场合,以实现工作平台的稳定。
  系统采用了依靠自身惯性元件陀螺来实现三轴稳定的策略。同时,为克服仅仅靠陀螺自身稳定难以满足卫星通信对跟踪精度要求的问题,采取了在陀螺稳定的基础上配以水平仪实时校正和馈源电平信号步进跟踪来达到高精度稳定跟踪目标卫星的目的。另外,单片机作为控制计算机,负责接收用户输入信息,完成与GPS 接收机、天线姿态传感器、通信设备等直接的信,从中获取地理位置、天线实际姿态等信息,然后通过对发送命令驱动电机完成对星。
  根据图3 建立天线方位角伺服系统的仿真模型,并进行仿真实验。由于电脑仿真的实o际需要,假设船只的航向角变化是:0 时刻为30 ,并以20%的比例斜度增长度数,在达到o o40 时不再增长。天线方位角指向恒为 60 ,如图 4.1 所示。系统采样频率为 0.1s,仿真时间 25s。电机转速、电机转角以及角速率跟踪误差如图4 所示。(注:电机转速和转角的正负与正反转相关)。
  由图4可知,在船只航向变化时,电机转速逐渐变快以跟踪卫星;在跟踪到信号后转

2.2 方位角寻星计算
 
  控制器通过读取 GPS 接收机的输出信息提取出船只的航向信息以及所处经、纬度信息,作为计算天线方位角的部分输入参数,计算出船只相对于卫星的理论角度位置坐标,再求出天线的实际指向角度与理论对星角度之差,根据误差引导天线转动,对准卫星。

  行驶中,车船的航向角(H),地理坐标下的对星方位角(AZ)和车船面坐标下的天β β线指向角( )之间的关系如图2所示。图中,天线向角 =AZ-H。因此,车船在行驶β中,只要保证了天线的指向角等于 ,或者误差不大于某一固定值,就能够保证正常的通信。

  实际应用中由于对方位的判断是依据磁北信息,而磁北与真北之间的磁偏角随时间和地理位置会有一定变化,可以根据地磁图采用划区查表的方法获得。
 

3  MATLAB仿真及其结果(MATLAB Simulation And Result)
 
  伺服系统的总体框图如图 3所示,由角度环和角速度环组成的双闭环回路组成。系统主要采用力矩电机(BDCM)构成系统驱动装置。速、转角和误差值均开始变小;直到在船只航向不变后,电机转速趋于零,电机的转角趋于一个固定值,误差趋于零。这说明该仿真系统可以真实地模拟出船载卫星天线伺服系统的工作状态,具有一定的可行性与参考性。
 
4  结束语
 
  本文通过 MATLAB/Simulink 仿真实现了 ku 波段卫星船载天线在无专用仪器和专业人员的条件下的全自动准确对星,对于提高船载卫星工作时效性,推动船载卫星信号接收的推广应用具有较为重要的意义。
 
本文作者创新点:

  1)本文利用了专业电气仿真软件 MATLAB/Simulink 对系统进行建模仿真。Simulink 中的电力系统仿真模块集 PSB提供了类似系统建模的方式进行模型绘制,该仿真软件可以通过对系统中具体元件各种指标参数的设置,使建立的系统模型更加接近真实的电路,仿真过程中可以通过二维视图直观的反映系统运行过程中的各个元件的状态和各种信号的变化情况,从而可以方便的调整控制参数。利用仿真可以指导实际硬件电路设计中器件的选择和软件设计中控制算法参数的选定;

  2)在分析系统总体方案的基础上,对系统中各个组成模块进行了详细的原理分析,选择适合的元器件构建了此伺服系统。
 

  汉德保,采进口原材料,在防盐、防雾、防水的性能上完全符合国际标准。实验结果表明,该方法既能快速地使天线对准卫星,又能满足精度的要求。